Thèse: Combustion assisté par plasma NRP dans une chambre de combustion aéronautique F/H

Au sein de la Direction Technique de Safran Aircraft Engines, vous intégrerez, dans le cadre d'une thèse CIFRE, le département « Chambre de Combustion et Arrière-corps », dont le rôle est d'assurer le développement et le support en service des chambres de combustion et arrière corps militaire tout au long de la vie d'un moteur. La thèse est construite avec le laboratoire EM2C, du CNRS et de l'Ecole CentraleSupélec (Université Paris-Saclay), en collaboration avec le centre ONERA de Palaiseau, et c'est au laboratoire que la thèse se déroulera en grande partie.
Contexte
Actuellement, plus de 80% de la production d'énergie primaire repose sur la combustion des combustibles fossiles, principaux émetteurs anthropiques de CO2, et de polluants (oxydes d'azote - NOx, oxydes de soufre - SOx, hydrocarbures non brûlés, suie) dont les niveaux doivent être maintenus en dessous de limites de plus en plus strictes. La vision européenne pour l'aviation ambitionne de réduire de 75% les émissions de CO2 et de 90% les émissions de NOx d'ici 2050 par rapport aux niveaux de 2020.
Les motoristes aéronautiques développent de nouvelles stratégies pour réduire les polluants et améliorer l'efficacité énergétique de la combustion. Les chambres de combustion à injection multipoints se démarquent comme une des solutions prometteuses car elle améliore l'efficacité de la combustion et réduise les émissions de NOx, CO, particules et hydrocarbures non brûlés. Ces technologies reposent sur une atomisation et une vaporisation efficaces du carburant liquide, ainsi qu'un bon mélange du carburant vaporisé avec le flux d'air environnant. Cette efficacité est généralement obtenue en induisant un tourbillon dans le flux d'air, augmentant ainsi sa turbulence et sa vitesse. Cependant, les flammes pauvres ainsi créées sont sujettes à des instabilités et à un risque accru d'extinction pauvre. La combustion assistée par plasma (PAC) émerge alors comme une méthode prometteuse pour stabiliser ces flammes et étendre leur limite d'extinction pauvre.
Jusqu'à présent, les démonstrations de la combustion assistée par plasma ont été limitées à des tailles laboratoires, avec des puissances thermiques maximales de flamme de 100 kW et des pressions de fonctionnement inférieures à 5 bars. L'objectif de cette thèse est d'élever le niveau de maturité (TRL) de la PAC et de mettre en évidence son potentiel pour des applications industrielles. Pour cela, une série d'expériences sera menée afin de guider la conception d'un système PAC adapté à des systèmes de combustion de plus en plus complexes. La thèse aboutira à la démonstration de ce système sur une flamme kérosène-air à haute puissance, dans des conditions de pression représentatives des moteurs aéronautiques. Cette recherche sera menée en collaboration entre le laboratoire EM2C, l'ONERA et SAFRAN.

Objectifs :
• Étude de l'impact de la PAC sur la stabilisation des flammes pauvres et/ou la réduction des émissions de polluants sur le brûleur BIMER-méthane à pression atmosphérique.
• Étude de l'impact de la PAC sur la stabilisation des flammes pauvres, la réduction des instabilités thermo-acoustiques et/ou la réduction des émissions de polluants sur le brûleur BIMIR-liquide (dodécane) à pression atmosphérique.
• Opportunité d'essais PAC sur le banc MICADO de l'ONERA afin de tester le dispositif PAC dans des conditions de haute pression (3 à 10 bars), en collaboration avec l'ONERA Palaiseau.
• Conception et construction d'un système PAC adapté à la démonstration de la PAC dans une flamme kérosène-air à haute puissance (1 MW) et haute pression (jusqu'à 20 bars).
Ce travail impliquera l'utilisation de décharges répétitives nanosecondes et d'installations de plasma-combustion. Plusieurs techniques de diagnostic seront utilisées pour caractériser et analyser les effets du plasma sur la combustion, telles que des mesures de puissance de plasma, de l'imagerie de flamme, de la spectroscopie d'émission et/ou de la caractérisation acoustique.

Les candidats doivent être: titulaires d'un master ou d'un diplôme équivalent en ingénierie ou en physique appliquée. Des connaissances en physique des plasmas et/ou en combustion est préférable, mais pas obligatoire. Les candidats doivent avoir une forte motivation pour la physique expérimentale et les diagnostics optiques. Ils doivent également faire preuve de capacités de travail en équipe, car le travail sera effectué en collaboration entre EM2C, l'ONERA et SAFRAN. Les candidats doivent également posséder d'excellentes compétences en matière de communication orale et écrite en anglais.

Les études doctorales se dérouleront principalement au laboratoire EM2C-CNRS de CentraleSupélec, Université Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, France), avec des expériences prévues à l'ONERA (Palaiseau, France). La thèse sera supervisée par Pr. Christophe Laux, professeur à CentraleSupélec, Dr Sébastien Ducruix, chercheur principal au CNRS, Dr Guillaume Pilla, ingénieur de recherche senior à l'ONERA, et Dr Ahlem Ghabi, ingénieure R&T aéro-thermique à Safran Aircraft Engines, en qualité de tutrice industrielle.

Des déplacements ponctuels sont à prévoir sur d'autres sites du groupe Safran et chez ses partenaires.